深埋软岩隧洞施工过程动态数值模拟研究——以西藏某引水隧洞为例

以西藏某引水隧洞工程施工为例,采用通用软件FLAC3D对深埋软岩隧洞施工开挖过程中的围岩稳定性和锚固支护受力演化过程进行分析,揭示了塑性区、围岩变形和应力分布的总体规律。通过对该引水隧洞施工开挖和锚固支护的模拟计算,论证了隧洞开挖的稳定性以及锚杆、喷混凝土、钢拱架的支护作用,并提出洞室结构锚固支护合理时机宜为滞后掌子面一个施工进尺。对同类深埋软岩隧洞工程具有一定借鉴意义。     

深厚覆盖层隧洞的开挖与支护

针对四川杂谷脑河狮子坪水电站地下厂房系统隧洞工程中成洞条件极差的深厚覆盖层（垂直埋深达100～320m）洞段深埋、构成复杂、结构松散的软岩隧洞开挖与支护开展研究。崩积块、碎石堆石体隧洞洞口工程施工技术及深厚覆盖层隧洞的开挖与支护技术的成功实施,使施工任务提前4个月圆满完成,可为今后同类不良地质条件下的隧洞施工提供借鉴。     

软弱围岩隧洞初期支护设计

水工输水隧洞,初期支护是加固围岩、确保洞室安全的重要措施,对于小断面隧洞来说,考虑施工便利,一般需在隧洞开挖贯通后进行二期衬砌,对于软弱围岩,确保开挖过程中隧洞的安全尤为重要。本文结合宁夏固原地区(宁夏中南部)城乡饮水安全水源工程7号大湾输水隧洞,对小断面软岩隧洞的初期支护设计进行了探讨。现场施工监测表明:现有的支护方式能够满足规范要求,可供类似工程参考。     

土卡河水电站软岩导流隧洞设计与施工

土卡河水电站导流隧洞围岩为典型软岩,围岩自稳能力差,成洞难度大。针对开挖揭示的实际地质条件,设计积极进行动态跟踪并及时调整初期支护参数。文章就软岩导流隧洞的设计和施工进行了详细阐述,提出软岩隧洞开挖必须严格遵守“短进尺、多循环、弱爆破、强支护”的原则,决不能求快冒进。     

“深埋大直径软岩隧洞变形与稳定”项目通过验收

<正>2014年1月12日,"深埋大直径软岩隧洞变形与稳定"项目通过中国水电工程顾问集团有限公司验收。会议认为,该项研究成果经济效益显著,具有较高的推广应用价值。该项目依托锦屏二级水电站引水隧洞工程,针对深埋大直径软岩隧洞的变形机理、支护机理、支护设计与长期安全性评价等关键技术问题进行了全面系统地研究,相关成果已成功应用于锦屏二级水电站引水隧洞工程,并获得6项专利,取得了良好的效果。项目主要成果:①通过系统的物理、力学及水理特性的试验研究,揭示了高应力条件下绿泥石片岩低强度、低变模、遇水软化和流变等特性,为工程设计与施工奠定了基础。②系统研究了深埋高应力环境下软岩变形破坏的控制因素,揭示了高应力环境与低岩石强度的复杂变形机理,提出了深埋大直径软岩隧洞的支护原则和支护对策。③利用深埋软岩隧洞反分析方法,结     

TBM施工深埋水工长隧洞围岩综合分类研究

目前常用的水工隧洞围岩分类方法主要是在浅埋隧洞和钻爆法施工的基础上建立的,在隧道掘进机(TBM)施工的深埋水工长隧洞应用中存在不足。在对国内外常用的围岩分级和分类方法进行统计的基础上,结合深埋水工长隧洞的特点以及TBM施工中可能遇到的主要地质问题进行分析,选取了围岩稳定性、高地应力风险、地下水风险和TBM施工围岩可掘性等作为评价隧洞围岩性质的主要因素,提出了一种既能描述隧洞围岩稳定性,又能描述地质风险类型及等级的TBM施工深埋水工长隧洞围岩综合分类方案。该方法已在新疆某输水工程中进行实践应用,取得了良好的应用效果。研究成果可为深埋水工隧洞开挖和支护设计提供技术支撑,为TBM选型及施工中可能遭遇的地质风险采取处理针对性措施提供依据。     

水工隧洞几个问题浅议

长期以来,水工隧洞在设计、施工及运行管理过程中,相关水工设计规范对软岩隧洞预留变形量、高水头外水压力的设计取值以及隧洞周边固接灌浆等问题没有明确规定,以至于施工过程中,参建各方争议不断。因此,文章结合黄河上游拉西瓦、羊曲、玛尔挡等大型水电站水工隧洞设计、施工运行情况,进行分析总结,提出了不同的处理措施,为水工隧洞的设计、施工及运行管理提供借鉴。     

构皮滩水电站尾水隧洞特大断面软岩开挖支护

构皮滩水电站尾水隧洞软岩不良地质洞段占尾水隧洞全长的70%以上,确保软岩洞段的安全快速开挖是尾水隧洞施工的关键,尤其一次支护的强度对洞室稳定影响极大。为此,施工中根据软岩的地质特点及尾水隧洞开挖的断面尺寸,采取分层开挖和超前锚杆的施工方式和型钢拱架进行一次支护。根据监测结果,围岩变形很小,一次支护效果良好,表明构皮滩水电站尾水隧洞大断面软岩采取的开挖方式和一次支护方式是成功的。     

深埋高地应力水工隧洞开挖及喷锚支护模拟计算探析

水电工程是一项极其复杂的系统工程,通常具有建设规模大、外部环境多变、施工周期长及施工难度大等特点。由于存在较多的潜在施工进度影响因子,往往难以管控施工进度,进而影响工程预期目标效益的实现。文章根据工程实例对深埋高地应力水工隧洞开挖及喷锚支护利用非线性有限元软件进行模拟分析,通过模拟计算检修期、运行期、施工期围岩稳定性以及支护结构受力状况,提出了满足支护结构安全与围岩稳定性的优化设计,可为复杂地质条件的水工隧洞开挖与安全稳定支护提供一定理论依据。     

引洮工程中隧洞常见病害分析

以甘肃省引洮工程总干渠中的隧洞工程为例,分析了隧洞所在区域的主要地质条件,着重研究了在隧洞施工过程中可能遇到的涌水、围岩稳定、极软岩、深埋隧洞地应力、饱水土和黄土隧洞等工程地质病害问题,提出了抽水、排水、导水相结合施工,隧洞顶拱回填灌浆以及隧洞初挖支护等水工隧洞施工方案,以防止隧洞段施工过程中各种地质病害的发生。     

构皮滩水电站左岸导流洞软岩段开挖施工技术

详细阐述了乌江构皮滩水电站左岸导流洞超大断面成功穿越软岩区的分层分区开挖方式、开挖程序、钻爆参数、支护措施、施工程序及施工工艺.导流隧洞Ⅴ类围岩开挖断面16.8 m×20.5 m,导流隧洞软岩段分3层进行开挖,自上而下分层厚度分别为8.6、8.4 m和3.5 m.导流隧洞软岩段顶层开挖进尺约0.6～1.5 m,进尺长短根据岩层软弱性质确定,岩层特别软时,开挖取小进尺,岩性稍好时,开挖取大进尺,一般开挖进尺为1 m.Ⅰa区(或Ⅰb区)开挖采用手风钻水平钻孔,中部掏槽,周边光面爆破,采用塑料导爆管毫秒微差起爆网络.采用上述施工方法,2号导流洞洞身段开挖支护施工顺利通过Ⅳ、Ⅴ类围岩,1号导流洞洞身段除少数几个部位出现小规模坍方外,开挖支护施工进展顺利,安全快速地通过了软岩段.构皮滩水电站于2004年11月中旬截流,1、2号导流洞顺利过流,1 a来经历了汛期的考验,运行正常.     

锦屏二级深埋长大水工隧洞安全监测关键技术

深埋长大水工隧洞在高地应力、高外水压力等因素的影响下,围岩变形及支护结构受力情况是工程中关心的问题。安全监测是指导设计与施工、了解工程安全状况的重要手段,深埋长大水工隧洞的不确定性给安全监测带来极大的困难。通过锦屏二级水工隧洞安全监测的工程实践,介绍了深埋条件下不同围岩类别的变形及支护结构受力特点,从变形、渗流、应力等角度深入分析了深埋隧洞安全监测中的关键技术,总结了仪器设备埋设的经验,为类似工程提供了参考。     

输水隧洞软岩变形特性分析及处理

本文主要介绍了北疆引水式工程某隧洞施工过程中通过对岩体变形全过程监测分析,有针对性地进行一次支处理的过程。本隧洞于2006年9月全线通水,目前已安全运行15年。本隧洞对软岩隧洞的监测过程及支护方式积累了处理不同不良地质状况的丰富经验,对软岩隧洞开挖过程中及时优化喷锚支护各项设计参数,创优质项目、造经济型工程提供了典范。     

排水结构设置后软岩隧洞的渗流-应力耦合分析

高外水作用下,深埋软岩隧洞围岩-支护结构安全将受到极大挑战。为了降低高外水压对软岩隧洞围岩-支护体系的影响,较常见的工程处理措施为在隧洞周围布置排水结构,以降低洞周外水压力。笔者首先提出了一种简便的隧洞围岩-衬砌结构渗流-应力分析思路。然后,以某过断层带深埋软岩隧洞为研究对象,通过开展隧洞施工期、运行期渗流-应力耦合分析,研究了软岩隧洞排水结构的排水效应。研究发现,在注浆圈和排水结构的综合作用下,隧洞衬砌附近的水力比降较小,注浆圈水力比降较大,使注浆圈承担绝大部分外水荷载,而衬砌承担少部分外水荷载;在软岩和衬砌的变形协调作用下,最终形成注浆圈与衬砌的协同承载效应,有效提高了隧洞的运行安全水平。     

基于收敛—约束理论的软岩隧洞支护设计方法浅探

本文概述了软岩隧洞开挖变形失稳特征,详细介绍了适用于软岩隧洞支护设计的"收敛-约束"方法的基本概念,针对该方法在软岩隧洞支护结构优化与支护时机选取合理性等方面的应用策略进行了探讨,可为软岩隧洞支护设计提供重要参考。     

SKT水电站工程软岩隧洞开挖及支护

针对长期困扰着隧洞设计及施工的富含地下水的软岩隧洞开挖与支护,SKT水电站工程如何布置施工方案,控制开挖面,形成支撑环来抑制围岩变形等措施进行实际处理。特别是孔隙潜水对软岩隧洞周边的顶托,极易造成底鼓、塌腔、洞体失稳。实际处理的结果是:在工程中对软岩隧洞进、出口部位,采用超前管棚预支护施工,可有效预防山体坍塌、滑坡和空中坠物,又消除了对隧洞进、出口开挖产生髙陡边坡的次生处理,提高了隧洞口的安全可靠性,洞脸削坡开挖量减少。     

结合地应力测试浅析六盘山深埋隧洞软岩变形问题

白龙江引水工程以长隧洞形式穿越六盘山南北向褶皱构造带,区内广泛出露白垩系及第三系地层,多为软质岩。规划线路北线六盘山隧洞软质岩洞段占比约89%。由于隧洞区域地质构造复杂,且受六盘山褶皱系影响,属地应力集中地段。在高地应力条件下软岩隧洞开挖后围岩塑性变形显著,对围岩稳定及施工安全造成一定的影响。根据地应力测试对深埋隧洞软岩变形问题进行了分析,对今后的隧洞设计和施工有重要的指导意义。     

引红济石调水工程引水隧洞不良地质洞段钻爆法施工段软弱围岩塑性变形施工方案研究

在水工隧洞施工中穿越较大规模断层、软岩及裂隙发育岩体破碎洞段及高地应力低弹模的围岩破碎带深埋洞段等不良地质洞段,极易发生围岩失稳变形失稳等突发地质灾害,造成一次支护的破坏,对施工安全造成威胁,特别是失稳后的二次加固其危险性和难度极大,本文结合陕西省引红济石调水工程实际施工经验,提出了一整套的软岩变形段施工处理方案,为工程的顺利实施提供了技术支撑。     

高地应力环境下引水隧洞软弱围岩稳定性分析

以实际深埋软岩引水隧洞施工为背景,在对导致大变形的围岩压力性质认识和力学行为分析的基础上,结合室内实验、数值模拟手段、施工变形监测数据和围岩—衬砌接触压力现场试验,研究了隧洞开挖后洞周位移分布特征、围岩变形和支护受力随时间发展规律。研究结论表明:(1)大主应力方向为垂直方向的高地应力环境中,隧洞软岩大变形以挤压型变形为主;(2)开挖面和二衬对约束隧洞空间位移分布具有重要作用;(3)软弱围岩变形发展和支护受力具有明显的流变特性和时间效应,及时施加二衬能有效限制流变变形的发展。在研究基础上提出了一些施工中有益于控制围岩稳定性的建议。     

输水隧洞软岩段TBM掘进挤压大变形与支护受力分析

隧洞软岩大变形严重威胁到TBM安全运行,软弱围岩的变形具有明显的蠕变特性。针对某深埋输水隧洞软岩TBM掘进洞段的围岩变形和支护结构安全展开分析和评价,研究高应力条件下软岩的蠕变特性,比较不同支护方式管片结构的受力状态。研究表明：软岩洞段TBM掘进采取大断面扩挖和管片+豆砾石层+聚乙烯泡沫板缓冲层支护,缓冲层的施加明显改善管片的受力状态,有效地提高了管片结构的安全裕度。建议在类似的深埋软岩隧洞工程中,开展有针对性的岩体流变试验和变形监测,选取合适扩挖断面尺寸和支护方式,给围岩变形预留足够空间,为TBM的顺利掘进提供可靠的作业条件。研究成果为保障隧洞顺利掘进提供了技术支持,也可为其他同类超长深埋隧洞的修建提供参考。